JPWO2011055765A1 - Non-consumable electrode arc welding equipment - Google Patents
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Abstract
アークスタート時に高周波ノイズを発生させず、スタート失敗を防止でき、電極先端の消耗を軽減できる非消耗電極式アーク溶接装置を提供する。電極部とノズル1bとを備えたトーチ1と、電極部とノズル1bとの間隙を流れるシールドガスをトーチ1に供給するガス供給手段8,9と、電極部とノズル1bとの間に電圧を印加しパイロットアーク14を発生させる第1電源7と、電極とワークとの間に電圧を印加しメインアークを発生させる第2電源6と、第1電源7および第2電源6を制御する制御部5とを備えた非消耗電極式アーク溶接装置において、電極部が電極1aと電極の根本部を把持する電極把持部13とを備え、電極把持部13はそのノズル1b側にノズル1bに向かって突き出した突起13aを備え、突起13aとノズル1bとを接触および離間させるようにした。Provided is a non-consumable electrode type arc welding apparatus that does not generate high-frequency noise at the time of arc start, can prevent a start failure, and can reduce wear of the electrode tip. A voltage is applied between the electrode part and the nozzle 1b, the torch 1 provided with the electrode part and the nozzle 1b, gas supply means 8 and 9 for supplying the shield gas flowing through the gap between the electrode part and the nozzle 1b to the torch 1, and the nozzle part 1b. A first power supply 7 for generating a pilot arc 14 when applied, a second power supply 6 for generating a main arc by applying a voltage between the electrode and the workpiece, and a controller for controlling the first power supply 7 and the second power supply 6 In the non-consumable electrode type arc welding apparatus provided with 5, the electrode portion includes an electrode 1 a and an electrode gripping portion 13 for gripping the base portion of the electrode, and the electrode gripping portion 13 is directed toward the nozzle 1 b on the nozzle 1 b side. A protruding protrusion 13a is provided, and the protrusion 13a and the nozzle 1b are brought into contact with and separated from each other.
Description
本発明は、金属を接合する非消耗電極式アーク溶接装置に関し、特にパイロットアークを発生させた後にメインアークを発生させて溶接を実施する非消耗電極式アーク溶接装置に関する。 The present invention relates to a non-consumable electrode type arc welding apparatus for joining metals, and more particularly to a non-consumable electrode type arc welding apparatus for performing welding by generating a main arc after generating a pilot arc.
〈パイロットアークを発生させる従来技術〉
非消耗性のタングステンを電極とするTIG(Tungsten Inert Gas)アーク溶接やプラズマアーク溶接では、溶接トーチの電極先端と溶接母材(ワーク)の間に数千ボルトの高周波電圧を重畳印加してアークを発生させるのが一般的である。こうしたアーク発生の際、種火に相当するパイロットアークを予めトーチ内で発生させておいてから溶接のためのメインアークを発生させるという方式が従来から用いられてきた。例えば特許文献1ではパイロットアーク発生時にパイロットアーク発生用ガスを一時的に増量して良好なパイロットアークを得た後にメインアークに移行することが開示されている。
また特許文献2では接触していたノズルと電極とをプラズマ用ガスの圧力によって離間させ、その際に発生した接触火花から加工用のアークへ移行することが開示されている。<Conventional technology to generate pilot arc>
In TIG (Tungsten Inert Gas) arc welding and plasma arc welding using non-consumable tungsten as an electrode, a high-frequency voltage of several thousand volts is superimposed and applied between the electrode tip of the welding torch and the welding base material (workpiece). Is generally generated. At the time of such arc generation, a method of generating a main arc for welding after generating a pilot arc corresponding to a seed fire in a torch in advance has been used. For example,
〈特許文献1の問題点〉
しかしながら特許文献1の方法では、パイロットアークを発生させる際に、パイロットアーク用の直流電源に加えて高周波電源を用いており、高周波電源から生じる高周波ノイズによって周辺の電子機器に誤動作などの悪影響を与える恐れがあるという問題があった。
また電極とノズルの間に発生するパイロットアークに付随して酸化物による絶縁皮膜が電極表面およびノズル内面に生成される。この酸化皮膜はアークスタートを繰り返すことにより堆積するため、定期的に酸化皮膜を除去したり部品を交換したりしなければパイロットアークが発生しにくくなりアークスタートに失敗するという問題があった。
〈特許文献2の長所〉
これに対し特許文献2の方法ではパイロットアーク発生の際に高電圧高周波の電源を用いないためノイズの問題は発生しない。
またアークスタート時には電極とノズル(あるいは電極と補助電極)とが接触、離反を繰り返すようになっている。
この接触動作は酸化皮膜を除去するのに有利に作用し特許文献1に比べて酸化皮膜は堆積しにくくなっている。
〈特許文献2の問題点〉
しかしながら、この動作はシールドガスにより圧縮されるスプリングによるものである。スプリングによって電極をノズルに押し付ける力(あるいは補助電極を電極に押し付ける力)は弱いため、両者の接触によって酸化皮膜を十分に除去するには至らず、アークスタート特性が徐々に悪化するという問題を解決できていない。
また、電極の先端部をノズルと接触させることにより電極先端の傷みや消耗が進んでしまうといった問題もある。
〈本発明の目的〉
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は非消耗電極式アーク溶接においてアークスタート時に高周波ノイズを発生させず、さらにアークスタートの失敗を防止でき、電極先端の消耗を軽減できる非消耗電極式アーク溶接装置を提供することにある。<Problem of
However, in the method of
In addition, an oxide insulating film is formed on the electrode surface and the nozzle inner surface in association with the pilot arc generated between the electrode and the nozzle. Since this oxide film is deposited by repeating the arc start, there is a problem that if the oxide film is not periodically removed or parts are not replaced, the pilot arc is difficult to occur and the arc start fails.
<Advantages of
On the other hand, the method of
Further, at the time of arc start, the electrode and the nozzle (or the electrode and the auxiliary electrode) are repeatedly contacted and separated.
This contact operation is advantageous for removing the oxide film, and the oxide film is less likely to be deposited than in
<Problem of
However, this action is due to the spring being compressed by the shielding gas. Since the force that presses the electrode against the nozzle by the spring (or the force that presses the auxiliary electrode against the electrode) is weak, the oxide film cannot be removed sufficiently by the contact between the two, solving the problem that the arc start characteristics gradually deteriorate Not done.
In addition, there is a problem in that the tip of the electrode is damaged or consumed by bringing the tip of the electrode into contact with the nozzle.
<Object of the present invention>
The present invention has been made in view of the above problems, and the object thereof is to prevent generation of high-frequency noise at the time of arc start in non-consumable electrode type arc welding, further to prevent arc start failure, and to reduce wear of the electrode tip. An object of the present invention is to provide a non-consumable electrode type arc welding apparatus.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
第1発明は、非消耗電極式アーク溶接装置に関するもので、電極部と前記電極部の外周に前記電極部と間隙をあけて配置されたノズルとを備えたトーチと、前記電極部と前記ノズルとの前記間隙を流れるシールドガスを前記トーチに供給するガス供給手段と、前記電極部と前記ノズルとの間に電圧を印加しパイロットアークを発生させる第1の電源と、前記電極とワークとの間に電圧を印加しメインアークを発生させる第2の電源と、前記第1の電源および前記第2の電源を制御する制御部とを備えた非消耗電極式アーク溶接装置において、前記電極部は電極と前記電極の根本部を把持する電極把持部とを備え、前記電極把持部はそのノズル側に前記ノズルに向かって突き出した突起を備え、前記トーチは、前記電極部を前記トーチ内で長軸方向に移動させて前記突起と前記ノズルとを接触および離間させる移動機構を備えたことを特徴としている。
第2発明は、第1発明において、前記移動機構により前記突起と前記ノズルとを接触させた際に、前記突起により確保される前記電極把持部と前記ノズルとの前記間隙にシールドガスを流通させることを特徴としている。
第3発明は、第1発明において、前記移動機構により前記突起と前記ノズルとを接触させた後に離間させることによって前記突起と前記ノズルとの間に前記第1の電源による前記パイロットアークを発生させることを特徴としている。
第4発明は、第3発明において、前記パイロットアークを前記シールドガスによって前記電極の先端部へ移動させ、前記第2の電源によって前記パイロットアークを前記電極とワークとの間のメインアークへと移行させることを特徴としている。
第5発明は、第1発明において、前記移動機構がエアシリンダーであることを特徴としている。
第6発明は、第1発明において、前記電極把持部およびノズルが銅合金からなることを特徴としている。
第7発明は、第1発明において、前記トーチを先端に取り付けた多関節ロボットと、前記ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、前記ロボット制御装置が前記制御部として前記第1の電源および前記第2の電源を制御することを特徴としている。
第8発明は、第1発明において、前記ノズルの先端部から前記電極の先端部を露出させTIGアーク溶接を行うことを特徴としている。
第9発明は、第1発明において、前記ノズルによって前記電極全体を覆い、プラズマアーク溶接を行うことを特徴としている。In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The first invention relates to a non-consumable electrode type arc welding apparatus, comprising a torch comprising an electrode part and a nozzle arranged on the outer periphery of the electrode part with a gap between the electrode part and the electrode part and the nozzle. A gas supply means for supplying a shielding gas flowing through the gap to the torch, a first power source for generating a pilot arc by applying a voltage between the electrode portion and the nozzle, and the electrode and the workpiece In the non-consumable electrode type arc welding apparatus, comprising: a second power source for generating a main arc by applying a voltage therebetween; and a control unit for controlling the first power source and the second power source. An electrode and an electrode gripping part for gripping a base part of the electrode, the electrode gripping part having a protrusion projecting toward the nozzle on the nozzle side, and the torch is configured to extend the electrode part within the torch. axis Moved is characterized by having a moving mechanism for contacting and separating the said nozzle and the protrusion direction.
According to a second invention, in the first invention, when the projection and the nozzle are brought into contact with each other by the moving mechanism, a shield gas is circulated through the gap between the electrode gripping portion and the nozzle secured by the projection. It is characterized by that.
According to a third invention, in the first invention, the pilot arc is generated by the first power source between the protrusion and the nozzle by bringing the protrusion and the nozzle into contact with each other and separating them from each other by the moving mechanism. It is characterized by that.
According to a fourth invention, in the third invention, the pilot arc is moved to the tip of the electrode by the shield gas, and the pilot arc is transferred to a main arc between the electrode and the workpiece by the second power source. It is characterized by letting.
A fifth invention is characterized in that, in the first invention, the moving mechanism is an air cylinder.
A sixth invention is characterized in that, in the first invention, the electrode gripping portion and the nozzle are made of a copper alloy.
A seventh invention is the first invention, comprising: an articulated robot having the torch attached to a tip; and a robot control device that controls the robot, wherein the robot control device serves as the control unit, the first power supply and the The second power source is controlled.
The eighth invention is characterized in that, in the first invention, the tip of the electrode is exposed from the tip of the nozzle and TIG arc welding is performed.
A ninth invention is characterized in that, in the first invention, the whole electrode is covered by the nozzle and plasma arc welding is performed.
本発明によれば、トーチの内部にタッチスタート方式のパイロットアーク発生ポイントを設け、まずトーチ内部でパイロット電源によってパイロットアークを発生させ、その直後にガスによってパイロットアークを非消耗電極の先端部まで移動させる。電極先端部まで移動したパイロットアークはパイロット電源で維持する。
アーク溶接開始時には、電極先端部に移動したパイロットアークを種火として、メイン電源によって電極先端とワークとの間にアークを発生させる。
本発明の非消耗電極式アーク溶接装置によれば、パイロットアーク発生時に高周波電源を用いないため高周波ノイズを発生させることがなく、さらにトーチ内部のパイロットアーク発生ポイントである電極把持部の突起とノズルの一部とを強い力で接触させることでパイロットアーク発生に伴って生成された酸化皮膜を除去するようにしているので、次回のパイロットアークのスタートミスを防止して良好なアークスタートが実現できる。
またパイロットアーク発生時にも電極先端とノズルとを接触させることがないので電極先端部の消耗を軽減し、電極先端への酸化皮膜の付着を防止することができ、こうした点においても良好なアークスタートに寄与することができる。According to the present invention, a touch start type pilot arc generation point is provided inside the torch, first the pilot arc is generated by the pilot power source inside the torch, and immediately thereafter, the pilot arc is moved to the tip of the non-consumable electrode by the gas. Let The pilot arc that has moved to the tip of the electrode is maintained by a pilot power source.
At the start of arc welding, a pilot arc that has moved to the tip of the electrode is used as a spark, and an arc is generated between the tip of the electrode and the workpiece by the main power source.
According to the non-consumable electrode type arc welding apparatus of the present invention, no high-frequency noise is generated because a high-frequency power source is not used when a pilot arc is generated, and the projection and nozzle of the electrode gripping part that are pilot arc generation points inside the torch Since the oxide film generated by the pilot arc generation is removed by contacting a part of the pilot arc with a strong force, the start error of the next pilot arc can be prevented and a good arc start can be realized. .
In addition, since the electrode tip and nozzle are not in contact with each other even when a pilot arc occurs, it is possible to reduce the wear on the electrode tip and prevent the oxide film from adhering to the electrode tip. Can contribute.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
〈非消耗電極式アーク溶接装置の全体の構成〉
図1は、非消耗電極式アーク溶接装置の全体の構成を示す図である。
本実施例ではTIG溶接装置を例にとり説明する。
1はトーチ、2は溶接対象となるワークである。トーチ1はロボット3の先端部に取り付け治具4を介して取り付けられている。ロボット3は複数の関節を備えた多関節ロボットであり、各関節の動作を適切に制御することによってワーク2に対するトーチ1の位置や姿勢を自在に変更することができる。ロボット3はコントローラ5によって制御される。
6はトーチ1とワーク2との間に溶接電力を供給するメイン電源で、7はトーチ1内の電極とトーチ1先端部のノズルとの間に電力を供給し、パイロットアークを発生させるパイロット電源である。8、9はトーチ1内にシールドガスとしてアルゴン等の不活性ガスを供給するガスボンベである。詳細は後述するが、本実施例ではシールドガスを二重化しているためガスボンベを2つ備えている。<Overall configuration of non-consumable electrode arc welding equipment>
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a non-consumable electrode type arc welding apparatus.
In this embodiment, a TIG welding apparatus will be described as an example.
1 is a torch and 2 is a workpiece to be welded. The
6 is a main power source for supplying welding power between the
〈トーチ1の上下移動〉
10はトーチ1内の電極を上下に移動させるためのエアを供給するエアコンプレッサーである。トーチ1内の構成については後述する。
11は光センサで、アークが発する光によってアーク発生の有無を検出するためのものである。また図1では省略しているが、トーチ1内に冷却水を循環させ電極を冷却する冷却水循環装置も設けられている。
図1ではトーチ1を多関節ロボットの先端に取り付けて移動させているが、これは本発明の溶接装置の一例に過ぎず、多関節ロボット以外の手段によってトーチ1を移動させるよう構成してもよい。<Up and down movement of
11 is an optical sensor for detecting the presence or absence of the occurrence of arc by the light emitted by the arc. Although omitted in FIG. 1, a cooling water circulation device that circulates cooling water in the
In FIG. 1, the
〈コントローラ5の機能〉
またコントローラ5はロボット3の他、メイン電源6、パイロット電源7によるトーチ1への電力供給のON/OFFや、ガスボンベ8、9からトーチ1へ供給されるガスの流量の制御など、溶接装置全体を統括する機能を有する。<Function of controller 5>
In addition to the robot 3, the controller 5 controls the entire welding apparatus such as ON / OFF of power supply to the
〈トーチ1の側面の説明〉
図2はトーチ1の側面図であり、図3は図2の白抜き矢印方向から見たトーチ1の上面図である。図2および図3において同じ部位には同一の符号を付している。
1aはタングステン電極、1bはノズルである。ノズル1bは銅合金からなる。1c、1dはエア供給口で、各々エアコンプレッサー10と接続され、エアコンプレッサー10からの圧縮空気をトーチ1内に供給する。この圧縮空気がトーチ1内の電極の上下移動に利用される。
1f、1hはそれぞれガスボンベ8、9から供給されるシールドガスの供給口で、トーチ1内にシールドガスを供給する。シールドガスはトーチ1内を通ってトーチ1の先端部から排出される。
1e、1gはそれぞれトーチ1内に循環させる冷却水の排出口、供給口である。<Description of the side of the
FIG. 2 is a side view of the
1a is a tungsten electrode, and 1b is a nozzle. The
〈トーチ1の先端部の説明〉
図4は、トーチ1の先端部の側断面を模式化した図である。
タングステン電極1aは電極支持部材12の先端の電極把持部13によって把持されており、電極把持部13はノズル1bと同様、銅合金により構成されている。
図4の状態では、タングステン電極1aおよび電極把持部13とノズル1bとの間には空間が設けられており、この空間には2つのガスボンベのうち一方から供給されたシールドガス(符号G1で示される黒矢印)が図の上方から下方へ向けて流れるようになっている。以後はこのシールドガスをセンターガスと呼ぶ。
タングステン電極1aを把持している電極把持部13と、電極把持部13を取り囲むように設けられたノズル1bとの間にはパイロット電源7により電圧が付加される。<Description of the tip of the
FIG. 4 is a schematic view of a side cross section of the tip portion of the
The
In the state of FIG. 4, a space is provided between the
A voltage is applied by a
〈センターガスG1とシールドガスG2〉
ノズル1bの外周囲とトーチの外壁との間にはさらに空間が設けられており、センターガスG1を供給するガスボンベと異なる、もう一方のガスボンベから供給されたシールドガス(符号G2で示される白抜き矢印)が図の上方から下方へ向けて流れる。以後はこちらの方のガスを単にシールドガスと呼ぶ。
電極把持部13とワーク2との間には、メイン電源6によって溶接電力が供給される。<Center gas G1 and shield gas G2>
A space is further provided between the outer periphery of the
A welding power is supplied by the
〈電極部の上下移動〉
前述のように、タングステン電極1a、電極支持部材12、電極把持部13は一体となってエアコンプレッサー10からの圧縮空気によってトーチ内を上下方向に移動することができるよう構成されている。図示は省略するが、本実施例では上下移動機構として一般的なエアシリンダーを適用している。以後はタングステン電極1a、電極支持部材12、電極把持部13をまとめて単に電極部と呼ぶ。
エア供給口1cにエアが供給されると電極部は押し出され、電極把持部13がノズル1bの内壁に接触するまで下方に移動する。エア供給口1dにエアが供給されると電極部が上方に引き込まれて元の位置に戻る。図4は電極部が上方に引き込まれた状態を示している。
〈電極部の構成〉
図5および図6は電極部の模式図である。
図5は電極部を斜め下方向から見た斜視図で、図6は図5の白抜き矢印の方向から電極部を見た正面図である。電極把持部13には複数の突起13aが設けられており、電極部が下方に移動する際には突起13aがノズル1bと接触して止まる。本実施例においては各突起の高さ(図5において下方向への張り出し)は0.5mm程度、長さ(図6において電極部の中心軸から放射状に伸びる方向)は1mm程度である。図5、図6ではこのような突起13aが3箇所、正面から見て各々120°間隔で設けられているが、突起13aの数、配置はこれに限定されるものではない。
ただし突起13aとノズル1bとの接触面積が大きくなりすぎると後述するパイロットアークの発生に伴う酸化皮膜の付着量も多くなってしまうので、接触面積については必要最低限に留めるのが望ましい。<Up and down movement of electrode part>
As described above, the
When air is supplied to the
<Configuration of electrode part>
5 and 6 are schematic views of the electrode portion.
FIG. 5 is a perspective view of the electrode portion viewed obliquely from below, and FIG. 6 is a front view of the electrode portion viewed from the direction of the white arrow in FIG. The
However, if the contact area between the
〈アークスタートから溶接に至るまでの手順〉
続いて図7〜図12を用いて本実施例における非消耗電極式アーク溶接装置でのアークスタートから溶接に至るまでの手順を説明する。
図7はアークスタートから溶接終了に至るまでの電極部の上下移動、センターガス、シールドガスの流量、パイロット電源による電流、メイン電源による電流の変化を示すタイミングチャートであり、図8〜図12は同時期におけるトーチ先端部の様子を模式的に示す側断面図である。<Procedure from arc start to welding>
Subsequently, a procedure from arc start to welding in the non-consumable electrode type arc welding apparatus in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a timing chart showing the vertical movement of the electrode part from the arc start to the end of welding, the flow rate of the center gas and the shield gas, the current by the pilot power source, and the change of the current by the main power source. It is a sectional side view which shows typically the mode of the torch front-end | tip part in the same time.
《手順1:トーチ1をワーク2へアプローチ》
まずコントローラ5からの指令によってロボット3を動作させ、トーチ1をワーク2へとアプローチさせ図8のような適切な位置へ移動させる。この時点では電極部は上下移動機構により下方へ押し出された状態となっている。
トーチを適切な位置へ移動させたら、コントローラ5はセンターガスおよびシールドガスをトーチ1内へ供給するよう指令を出力する。この際のガスの流量はトーチ内部のガス経路の形状に依存するが、センターガスG1の流量は5〜20L/分程度、シールドガスG2の流量は5〜10L/分程度である。また接触している電極把持部13とノズル1bとの間にパイロット電源7により電圧を印加して電流を電極把持部13とノズル1bとの間に導通させる。パイロット電源7による電流値はノズルの形状などに依存するが3〜15A程度である。図7のt1がこの状態にあたる。
図8では電極把持部13の突起13aとノズル1bとの接触によってセンターガスG1の経路が遮断されているように見えるが、突起13aは図5、図6にて示したような形状であるので、突起13aがノズル1bと接触した状態であっても電極把持部13とノズル1bの間には隙間ができる。センターガスG1はこの隙間を通ってタングステン電極1aの周囲から流出するようになっている。<< Procedure 1: Approaching
First, the robot 3 is operated in accordance with a command from the controller 5, and the
When the torch is moved to an appropriate position, the controller 5 outputs a command to supply the center gas and the shield gas into the
In FIG. 8, it seems that the path of the center gas G1 is blocked by the contact between the
《手順2:電極部を上方へ引き上げてパイロットアークの発生》
コントローラ5は続いてエアコンプレッサー10に指令を出力し、上下移動機構により図9に示すように電極部を上方へ引込む。図7のt2がこの状態にあたる。この際の電極部の移動量はトーチ内の構造に依存するが、0.3〜2.0mm程度である。
パイロット電源7により電極把持部13とノズル1bとの間に電流が流れている状態から、電極部が上方へ移動することにより接触していた突起13aとノズル1bとが離れるが、突起13aが上に移動してノズル1bとの短絡が開放されると、複数存在する突起13aの少なくとも1つから図9に示すようなアーク14が発生する。以後はこのアーク14をパイロットアークと呼ぶ。なお、図ではパイロットアークの存在を分かりやすくするために模式的に描いている。
前述のように突起13aの形状について、ノズル1bとの接触面積を必要最低限に抑えるようにすることにより、パイロットアークが発生しやすくなっている。さらにパイロット電源7は突起13aとノズル1bとの短絡が開放されるのを検出した後5〜10msecの間、通常の電流値に10〜20Aの電流を重畳する。これにより確実にパイロットアークが発生するようになっている。
《パイロットアーク発生の確認法》
パイロット電源7には電流、電圧のフィードバック機能があり、図9のパイロットアークの発生をコントローラ5で確認することは容易である。パイロット電源7が検出した電流値、電圧値が所定の条件(例えば電流が3A以上流れた状態で、電圧が15V以上)を満たしたか否かによりパイロットアーク発生を判断できる。
《パイロットアークの長所》
本実施例ではパイロットアーク発生に用いるのは直流電源であるパイロット電源7のみであり、高周波電源を用いないため周囲に高周波ノイズを発して周辺の機器が誤動作を起こすということがない。
また、電極把持部13の突起13aとノズル1bの離反によってパイロットアークを発生させ、パイロットアークを発生させる際にタングステン電極1aの先端部とノズル1bとを接触させることがないので電極先端の消耗を抑止することができる。
さらに、タングステン電極1aの先端部とノズル1bとの間でパイロットアークを発生させないためタングステン電極1aの先端部にはパイロットアーク発生による酸化皮膜が生成されることがなく、酸化皮膜に起因するタングステン電極1aとワーク2との間のメインアークのスタート特性悪化を抑制することができる。<< Procedure 2: Generation of pilot arc by raising the electrode part upward >>
Subsequently, the controller 5 outputs a command to the
From the state in which current flows between the
As described above, a pilot arc is easily generated by suppressing the contact area with the
<Method for confirming pilot arc generation>
The
<Advantages of Pilot Arc>
In this embodiment, only the
Further, the pilot arc is generated by the separation of the
Further, since a pilot arc is not generated between the tip of the
《手順3:パイロットアークの移動》
電極部が上方へ移動するとパイロットアーク14はセンターガスG1に押されて図10に示すようにタングステン電極1aの先端部分に移動する。
パイロットアーク14は、タングステン電極1aの先端部分まで移動すると行き場が無くなり、この位置に留まる。この状態でセンターガスG1によってアーク切れをおこさないよう、パイロット電源7は電極部とノズル1bとの間に十分な電圧を印加してパイロットアーク14を維持できるようになっている(具体的には30V以上程度である)。
なお、コントローラ5に接続された光センサ11をタングステン電極1aの先端部に向けて配置しておくことで、図9でトーチ内部に発生したパイロットアーク14が図10のようにタングステン電極1aの先端部まで移動したか否かを判定することができる。アーク光は非常に強い光であり、3〜15A程度の弱い電流であっても大きな光量となるので、光センサ11によって容易にパイロットアーク14の移動を判別することが可能である。<< Procedure 3: Movement of pilot arc >>
When the electrode portion moves upward, the
When the
In addition, by arranging the
《手順4:メインアークの発生》
図10のようにタングステン電極1aの先端部にパイロットアーク14が位置する状態となると、パイロットアーク14によりタングステン電極1a先端近傍の気体が電離される。さらに、タングステン電極1aとワーク2との間にはメイン電源6によって電圧が印加されているので、図11のように容易にタングステン電極1aとワーク2との間にメインアーク15が発生して電流が流れる。図7のt3がこの状態にあたる。
このように、溶接を行うのに先立ってパイロット電源7によって発生させたパイロットアーク14をタングステン電極1a先端部に持続させておくことにより、メイン電源6によるメインアーク15の発生を極めて短時間にスムーズに行うことができる。
実際の溶接電流値は溶接条件によって変化するが、メイン電源6は10〜500A程度までの電流を流すことができる。<< Procedure 4: Generation of main arc >>
When the
Thus, by maintaining the
Although the actual welding current value varies depending on the welding conditions, the
《手順5:メインアーク発生後のセンターガスG1の流量抑制》
メインアーク15が発生するまでは、パイロットアーク14をタングステン電極1aの先端まで移動させるためセンターガスG1の流量を大きく設定しているが、パイロットアーク14がタングステン電極1aの先端に移動しメインアーク15が発生した後は、センターガスG1の流量を0.2〜2L/分程度の溶接に適した値に抑制する(図7のt4)。図12においてセンターガスG1を示す黒矢印が細くなっているのは、この流量の変化を表している。
さらにパイロット電源7を遮断する(図7のt5)。
《手順6:メインアークによる溶接》
以後はメインアーク15によってワーク2に対する溶接を行う。この状態を図12に示す。<< Procedure 5: Flow control of center gas G1 after generation of main arc >>
Until the
Further, the
<< Procedure 6: Welding with main arc >>
Thereafter, welding to the
《手順7:溶接終了後》
また溶接終了時には、まずメイン電源6を遮断(図7のt6)し、センターガスG1、シールドガスG2を止めた(図7のt7)後、次回の溶接に備えて上下移動機構により電極部を押し下げる(図7のt8)。
《酸化皮膜の除去》
電極部が上下移動機構によって押し下げられる際には、大きな力で電極把持部13の突起13aをノズル1bへと押し付け、パイロットアーク14によって両者の表面に生じた酸化皮膜を削り取る。この押し付けの際の力は具体的には75N程度である。この押し付け動作で酸化皮膜を取り除くことにより次回のパイロットアーク発生をスムーズに行うことができる。
突起13aはノズル1bとの接触面積を必要最低限に抑えているため、酸化皮膜の付着量が抑えられており、1回の押し付け動作によって酸化皮膜を十分に除去することができる。<< Procedure 7: After completion of welding >>
At the end of welding, first, the
<Removal of oxide film>
When the electrode part is pushed down by the vertical movement mechanism, the
Since the
〈パイロットアークの発生タイミング1と2〉
なお本実施例ではメイン電源6によって予め電極把持部13とワーク2との間に溶接電力を供給した状態でトーチ1をワーク2へアプローチさせ、アプローチ完了後にパイロットアークを発生させていたが、トーチ1がワーク2へアプローチしている最中にパイロットアークを発生させてタングステン電極1aの先端部に維持させ、ワーク2へのアプローチが完了してからメイン電源によりタングステン電極1aとワーク2との間にメインアークを発生させるようにしてもよい。
この手順によればトーチの移動中にメインアーク発生の準備が完了するため、溶接作業全体に要する時間およびメイン電源が起動している時間を短縮でき、作業効率を向上できる。
また本実施例ではセンターガスG1、シールドガスG2ともに、純アルゴンガスを使用したが、溶接品質の要求により、アルゴンガスにヘリウム、水素、酸素等を混合する場合もある。<Pilot
In the present embodiment, the
According to this procedure, since the preparation for generating the main arc is completed during the movement of the torch, the time required for the entire welding operation and the time for which the main power source is activated can be shortened, and the work efficiency can be improved.
In the present embodiment, pure argon gas is used for both the center gas G1 and the shield gas G2, but helium, hydrogen, oxygen, etc. may be mixed with the argon gas depending on the requirement of welding quality.
実施例1ではTIG溶接装置を例にとり説明を行ったが、本実施例では図13〜図18を用いてプラズマ溶接装置でのアークスタートから溶接に至るまでの手順を説明する。
〈プラズマ溶接のトーチ先端部の側断面の説明〉
図13にプラズマ溶接でのトーチ先端部の側断面図の模式図を示す。
図13では、図4と同じ部位には同一の符号を付している。図14〜18についても同様である。
プラズマ溶接の場合は、アークを絞り込むためにノズル1b´の形状がタングステン電極1aの先端を取り囲みタングステン電極1aがトーチ先端から露出しないような形状となっている。タングステン電極1aから発生したメインアークは、ノズル1b´先端の開口部を通過する際に冷却されて収縮し、絞り込まれる。
このようにプラズマ溶接の場合は、TIG溶接の場合とはノズルの形状や、タングステン電極1a先端とノズルとの位置関係が異なっているが、電極部はTIG溶接の場合と同じであり、パイロット電源7によって突起13aとノズル1b´との間にパイロットアークを発生させた後、パイロットアークをタングステン電極1aの先端部に移動させ、メイン電源6によるメインアークに移行するという一連の手順もTIG溶接の場合と同様である。In the first embodiment, the TIG welding apparatus has been described as an example. In this embodiment, the procedure from the arc start to the welding in the plasma welding apparatus will be described with reference to FIGS.
<Description of side cross section of plasma welding torch tip>
FIG. 13 shows a schematic diagram of a side cross-sectional view of the torch tip in plasma welding.
In FIG. 13, the same parts as those in FIG. The same applies to FIGS.
In the case of plasma welding, in order to narrow down the arc, the shape of the
Thus, in the case of plasma welding, the shape of the nozzle and the positional relationship between the tip of the
図14はTIG溶接の場合の図8に相当し、トーチ1をワーク2へとアプローチさせ適切な位置へ移動させた状態を示している。図14では電極把持部13の突起13aとノズル1b´との接触によってセンターガスG1の経路が遮断されているように見えるが、TIG溶接の場合と同様、突起13aは図5、図6にて示したような形状であるので、突起13aがノズル1b´と接触した状態であっても電極把持部13とノズル1b´の間には隙間ができる。センターガスG1はこの隙間を通ってタングステン電極1aの周囲から流出するようになっている。またパイロット電源7によって電極把持部13とノズル1b´との間には電圧が印加されている。図7のt1での状態と同様である。
FIG. 14 corresponds to FIG. 8 in the case of TIG welding, and shows a state in which the
図15はTIG溶接の場合の図9に相当する。
上下移動機構により電極部が上方へ引き込まれ、TIG溶接の場合と同様にして複数存在する突起13aの少なくとも1つからパイロットアーク14が発生した状態を示している。図7のt2での状態と同様である。なお、図ではパイロットアークの存在を分かりやすくするために模式的に描いている。
前述のように突起13aの形状について、ノズル1b´との接触面積を必要最低限に抑えるようにすることにより、パイロットアークが発生しやすくなっている。さらにパイロット電源7は突起13aとノズル1b´との短絡が開放されるのを検出した後5〜10msecの間、通常の電流値に10〜20Aの電流を重畳する。これにより確実にパイロットアークが発生するようになっている。
図16はTIG溶接の場合の図10に相当し、パイロットアーク14がセンターガスG1によってタングステン電極1aの先端部に移動した状態を示している。
この際、TIG溶接の場合と同様、コントローラ5に接続された光センサ11をタングステン電極1aの先端部に向けて配置しておくことで、図15でトーチ内部に発生したパイロットアーク14が図16のようにタングステン電極1aの先端部まで移動したか否かを判定することができる。プラズマ溶接の場合、パイロットアーク14はノズル1b´の外部に露出することはないが、アーク光は非常に強い光であるため光センサ11によってパイロットアーク14の移動を判別することが可能である。
図17はTIG溶接の場合の図11に相当し、メインアーク15が発生した状態を示している。図7のt3での状態と同様である。
プラズマ溶接の場合においても、溶接を行うのに先立ってパイロット電源7によって発生させたパイロットアーク14をタングステン電極1a先端部に持続させておくことにより、メイン電源6によるメインアーク15の発生を極めて短時間にスムーズに行うことができるという点はTIG溶接の場合と同様である。
また本実施例においてもTIG溶接の場合と同様に、パイロットアーク発生に用いるのは直流電源であるパイロット電源7のみであり、高周波電源を用いないため周囲に高周波ノイズを発して周辺の機器が誤動作を起こすということがない。また電極把持部13とノズル1bの離反によりパイロットアークを発生させるのでパイロットアークを発生させる際にタングステン電極1aの先端部とノズル1b´とが接触することがないので電極先端の消耗を抑止することができる。
さらにタングステン電極1aの先端部とノズル1b´との間でパイロットアークを発生させないためタングステン電極1aの先端部にはパイロットアーク発生による酸化皮膜が生成されることがなく、酸化皮膜に起因するタングステン電極1aとワーク2との間のメインアークのスタート特性悪化を抑制することができる点もTIG溶接の場合と同様である。FIG. 15 corresponds to FIG. 9 in the case of TIG welding.
The electrode portion is drawn upward by the vertical movement mechanism, and the
As described above, with respect to the shape of the
FIG. 16 corresponds to FIG. 10 in the case of TIG welding, and shows a state where the
At this time, as in the case of TIG welding, the
FIG. 17 corresponds to FIG. 11 in the case of TIG welding, and shows a state where the
Also in the case of plasma welding, the generation of the
Also in this embodiment, as in the case of TIG welding, only the
Further, since no pilot arc is generated between the tip of the
メインアーク15が発生するまでは、パイロットアーク14をタングステン電極1aの先端まで移動させるためセンターガスG1の流量を大きく設定しているが、パイロットアーク14がタングステン電極1aの先端に移動しメインアーク15が発生した後は、センターガスG1の流量を0.2〜2L/分程度の溶接に適した値に抑制する(図7のt4)。図18においてセンターガスG1を示す黒矢印が細くなっているのは、この流量の変化を表している。
さらにパイロット電源7を遮断する(図7のt5)。
以後はメインアーク15によってワーク2に対する溶接を行う。この状態を図18に示す。Until the
Further, the
Thereafter, welding to the
溶接終了時にもTIG溶接の場合と同様、まずメイン電源6を遮断(図7のt6)し、センターガスG1、シールドガスG2を止めた(図7のt7)後、次回の溶接に備えて上下移動機構により電極部を押し下げる(図7のt8)。
電極部が上下移動機構によって押し下げられる際には、大きな力で電極把持部13をノズル1b´へと押し付け、パイロットアーク14によって両者の表面に生じた酸化皮膜を削り取る。この押し付けの際の力は具体的には75N程度である。この押し付け動作で絶縁皮膜を取り除くことにより次回のパイロットアーク発生をスムーズに行うことができる。
突起13aはノズル1b´との接触面積を必要最低限に抑えているため、酸化皮膜の付着量が抑えられており、1回の押し付け動作によって酸化皮膜を十分に除去することができる。At the end of welding, as in the case of TIG welding, first, the
When the electrode part is pushed down by the vertical movement mechanism, the
Since the
本出願は、2009年11月4日出願の日本特許出願(特願2009−253125)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。 This application is based on a Japanese patent application (Japanese Patent Application No. 2009-253125) filed on Nov. 4, 2009, the contents of which are incorporated herein by reference.
1 トーチ
1a タングステン電極
1b、1b´ ノズル
1c 電極押し出し用エア供給口
1d 電極引き込み用エア供給口
1e 冷却水排出口
1f シールドガス(G2)供給口
1g 冷却水供給口
1h センターガス(G1)供給口
2 ワーク
3 ロボット
4 取り付け治具
5 コントローラ
6 メイン電源
7 パイロット電源
8、9 ガスボンベ
10 エアコンプレッサー
11 光センサ
12 電極支持部材
13 電極把持部
13a 突起
14 パイロットアーク
15 メインアーク
G1 センターガス
G2 シールドガスDESCRIPTION OF
Claims (9)
前記電極部と前記ノズルとの前記間隙を流れるシールドガスを前記トーチに供給するガス供給手段と、
前記電極部と前記ノズルとの間に電圧を印加しパイロットアークを発生させる第1の電源と、
前記電極とワークとの間に電圧を印加しメインアークを発生させる第2の電源と、
前記第1の電源および前記第2の電源を制御する制御部とを備えた非消耗電極式アーク溶接装置において、
前記電極部は電極と前記電極の根本部を把持する電極把持部とを備え、
前記電極把持部はそのノズル側に前記ノズルに向かって突き出した突起を備え、
前記トーチは、前記電極部を前記トーチ内で長軸方向に移動させて前記突起と前記ノズルとを接触および離間させる移動機構を備えたことを特徴とする非消耗電極式アーク溶接装置。A torch comprising an electrode portion and a nozzle disposed on the outer periphery of the electrode portion with a gap therebetween;
Gas supply means for supplying a shield gas flowing through the gap between the electrode portion and the nozzle to the torch;
A first power source for generating a pilot arc by applying a voltage between the electrode portion and the nozzle;
A second power source for generating a main arc by applying a voltage between the electrode and the workpiece;
In the non-consumable electrode type arc welding apparatus provided with a control unit for controlling the first power source and the second power source,
The electrode part includes an electrode and an electrode gripping part for gripping a base part of the electrode,
The electrode gripping portion includes a protrusion protruding toward the nozzle on the nozzle side,
The non-consumable electrode type arc welding apparatus, wherein the torch includes a moving mechanism for moving the electrode portion in the long axis direction within the torch to contact and separate the protrusion and the nozzle.
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